瞬变电磁法成果资料快捷解释方法

2期
曹冰河 : 瞬变电磁法成果资料快捷解释方法
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此类时间谱在单对数坐标系中呈直线 。因此 , 我们 可以根据 V 2 ( t ) 的时间谱在单对数或双对数坐标系 中呈线性的规律和斜率的不同 , 来判断异常的性质 和异常的地电断面类型 ,从而做出定性的解释 。 2. 1. 1 均匀半空间的时间谱 对 V 2 ( t ) ∝ t - 2 两边求对数 ,得 lg V 2 ( t ) ∝ - 5/
近年来 ,随着电子技术 、 计算机技术的发展 , 各 种时域电磁法仪器的开发 ,瞬变电磁法 ( TEM ) 在全 球的应用越来越普及 。然而 , 由于其理论模型十分 复杂 ,目前尚无一种比较完善的定量解释方法 ,国内 的资料解释还停留在定性或半定量解释的水平上 。 作者通过多年的研究和探索 , 在资料的解释方面积 累了一些经验 ,现介绍几种常用的瞬变电磁法资料 解释方法 。
在忽略位移电流影响的前提下 , 从已知理论公 式中可以得知垂直磁偶源晚期瞬变电磁场的表达式 ρ 9 Mq Vz = bz ( u ) , π 2 r5
bz ( u ) = < ( u ) -
其中 , A 是最大振幅值 ,τ为衰减常数 。如果存在多 个导电体 ,则
V ( t) =
6
A i e -τi / τ i ,
t
直线 ,且斜率 tanα = - lge/ τ, 即 τ = - lge/ tanα, 因 此 ,如果观测数据的时间谱在单对数坐标系中近似 成直线 ,且量得直线倾角为 α,则可以计算出时间常 数 τ来 , 我们把它定义为视时间常数 , 记为 τ s 。视 时间常数是一个评价良导体规模的参数 ,一般来说 , τ s 越大 ,异常体越有意义 。下面是几种常见地质体 的视时间常数值 : 断层 、 沉积层 — 0. 1 ～ 1 ; 炭质岩层 — 1. 25～2 ; 金属矿 — 3 ～ 5 ; 含铜矿体 — 30 ～ 40 。据 此可以定性分析良导异常的规模 , 并对异常体的含 矿性进行评价 。 2. 2 等效电流环法 根据 1979 年美国地球物理学家 M. N. Nabinhi2
2. 1. 3 局部导电体的时间谱
3 应用实例
水口山矿田是我国的特大有色金属矿田 , 通过 二轮找矿 , 已完成瞬变电磁法野外工作量达 2 000 余个 ,现从中选出几个实例以供参考 。
对 V 2 ( t ) ∝ e - τ 两 边 求 对 数 , 得 lg V 2 ( t ) ∝
- lge/ τ ・ t , 由此可知 , V 2 ( t ) 在单对数坐标系中成
且斜率为 - 2. 5 , 即 α = 112° 。也就是说 , 如果观测 数据的时间谱在双对数坐标系中近似呈直线 , 且与 水平轴夹角成 112° 时 ,则说明该异常为均匀大地引 起 。这类异常可以在规模较大的火成岩或延伸较大 的沉积岩上观测到 。 2. 1. 2 水平导电薄板上的时间谱 对 V 2 ( t ) ∝ t - 4 两边求对数 , 得 lg V 2 ( t ) ∝ 4lg t ,由此可知 , V 2 ( t ) 在双对数坐标系中成直线 , 且斜率为 - 4 , 即 α = 104° 。因此 , 如果观测数据的 时间谱在双对数坐标系中近似呈直线 , 且与水平轴 夹角成 104° 时 , 则说明该异常为水平导电薄板引 起 。这类异常可以在低阻覆盖地区观测到 。
收稿日期 :2003 - 06 - 10
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从上述公式中可以得知 , 瞬变电磁法观测到的 二次感应电压 V 2 的衰减规律有两类 : ①V 2 ( t ) ∝
t
- n
呈 t 的负幂指数规律衰减 , 此类时间谱在双对数
t
, 说明在均匀半空间中
坐标系中呈直线 ; ②另一类是 V 2 ( t ) ∝ e - τ , 呈 e 的 - 1/ τ负指数规律衰减 ,如良电薄板、 良电球体等 ,
摘 要 : 通过介绍几种典型模型的数理原理 、 时间谱特性和等效电流环性质 ,提出了一套瞬变电磁法成果资料的快 捷解释方法 。该方法简便 、 实用 ,有利于在基层单位推广 。 关键词 : 瞬变电磁法 ; 资料解释 ; 时间谱 ; 等效电流环 中图分类号 : P631. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 8918 ( 2004) 02 - 0136 - 03
作者简介 : 曹冰河 ( 1957 - 2003) ,男 ,出生地武汉 。1982 年毕业于中南大学地质系应用地球物理专业 ,湖南鑫湘物探工程有 限公司总工程师 ,历任湖南省地球物理学会常务理事 、 副秘书长等职 。发表论文数篇 。
二次感应电压是呈 t 的 - 5/ 2 次幂指数规律衰减 的。
1. 2 水平导电薄板上的瞬变电磁场
假设纵向电导为 S 的水平薄板位于磁矩为 M 的垂直磁偶源以下 h 深度的位置 , 那么 , 离磁偶源中 心水平距离为 r 的电流密度 j 的表达式为 h + t/ Sμ 0 3Mr j ( r , t) = π [ r2 + 4 ( h + t/ Sμ0 ) 2 ]5/ 2 , 在近区晚期条件下的近似公式为 μ0 4 S 3 ) / ( 16 πt 4 ) , V z = (3 M q 从上式可以看出 V z ∝ t - 4 , 说明在水平导电薄板上 二次感应电压是呈 t 的 - 4 次幂指数规律衰减的 。 1. 3 局部导电体的瞬变电磁场 对单一导电体上的感应电磁场 , 从已知电磁法 理论可知
2lg t ,由此可知 , V 2 ( t ) 在双对数坐标系中呈直线 ,
5
μ0 2μ0 M q ρ τ = π 5 tV z 4
。
由于计算 h 时用ρ τ 代替σ, 所以 , 计算出的 h 用 h τ 代替 ,称为视深度 。 ρ 采用上述方法处理实测资料后 ,即可做出 hτ 2 τ 拟断面图 , 根据 ρ τ 异常出现的时间和大小 , 即可求 出异常体的埋深 。一般用上式计算出的埋深与实际 异常体的埋深存在 1 个比例系数 k , 通过已知钻孔 进行校正后便可得出异常体的准确埋深 。
t
2 πe
u /2
2
u (1 +
u
2
3
+
u
4
9
)
因而 ,在晚期条件下 ,局部导电体上二次感应电压以 e 的 - 1/ τ次幂指数规律衰减 。
πr/ τ ;τ = 2 π u = 2
2ρ t/μ 0,
2 解释方法
2. 1 时间谱法
其中 , M 为发送回线的磁矩 ,ρ 为大地电阻率 , r 为 偶极距 ,φ( u ) 为概率积分 ,τ 为扩散参数 , μ0 为空 气磁导率 。在晚期条件下 , u ν 0 ,上式可化简为 μ0 2 ) / ( 20 ππ ρ2 t 2 ) , V z = ( Mq 从上式可以看出 : V z ∝ t
第 28 卷第 2 期 2004 年 4 月
物 探 与 化 探
GEOPH YSICAL & GEOCHEMICAL EXPLORA TION
Vol. 28 ,No. 2 Apr. ,2004
瞬变电磁法成果资料快捷解释方法
曹冰河
( 湖南鑫湘物探工程有限公司 ,湖南 长沙 430074)
V ( t ) = A e - τ/ τ ,
t
1 数理原理
假设供电电流以阶跃规律变化 , 则接收线圈上 观测到的感应电动势为 Φ ( ) ε( t ) = - d = - q d B t , dt dt 其中 ,Φ 为通过接收线圈的磁通 , B 为磁感应强度 , q 为接收线圈的有效面积 。
1. 1 均匀半空间的瞬变电磁场
Abstract : Based on introducing t he mat hematical principles , time spectrum characteristics and equivalent electric current ring proper2 ties of several typical models , t he aut hor has put forward a technique for rapid interpretation of data obtained by t he transient electro2 magnetic met hod. Simple , convenient and practical , t his technique is likely to be popularized in basic units. Key words : transient electromagnetic met hod ; data interpretation ; time spectrum ; equivalent electric current ring
8 C2
μ t/ σ 0 ; h = 4
μ t/ σ 0 π。
我们可以推导出晚期视电阻率公式为
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物 探 与 化 探
28 卷
图2 低阻覆盖层的实例 图3 火成岩体的实例 图4 某矿床的实测曲线
Ω・ P1 q 二叠系当冲组硅质岩和 m ,红层以下为 P1 d 、 栖霞组灰岩 ,视电阻率 n ×103 ～ n ×104 Ω・ m 。从 图 2 上的时间谱可量得 α = 106° , 此规律正好与低 阻覆盖层的规律一致 。 图 3 是一火成岩体上的例子 , 岩体出露范围约 2 km2 ,延深数百米 , 在岩体中心观测时可视为均匀 半空间 。图 3 上的时间谱量得 α = 112° , 规律正好 与均匀半空间的规律一致 。 图 4 为一已知大型矿床上的实测曲线 , 矿体呈 似层状产出 , 埋深 125 m 矿石为致密块状 , 品位较 富 。在异常中心观测的时间谱来看 , 曲线晚期具有 明显的线性特征 。量得 α = 161° ,求得 τ s = 7. 9 ms , 这一结果与金属矿的规律吻合 。
RAPID INTERPRETATION OF DATA OBTAINED BY TRANSIENT EL ECTROMAGNETIC METHOD
CAO Bing2he
( Hunan Xi nxiang Geophysical Engi neeri ng Com pany L t d . ,ห้องสมุดไป่ตู้Hunan 430074 , Chi na)
r =
图 1 为康家湾 135 线综合剖面 ,从中可以看出 , 图 1c 的效果明显优于图 1b , 不但有深度的概念 , 等 值线形态也与地质剖面相吻合 , 而且深度准确 。59 号点计算深度为 190 m , 实际钻孔见矿深度为 168 m ,校正系数为 0. 88 。 图 2 为一低阻覆盖层上的例子 , 第一层为 K1 d 白 垩系紫红色粉砂岩 , 厚 8 4 m , 视电阻率 2 0 ～ 8 0
4 结语
该方法的特点是简单 、 快捷 、 实用 , 无需使用大 型计算机 ,适于野外推广 。 采用等效电流环法处理某些仪器的观测资料 时 ,在早期道可能会出现畸变 ,这是由于采用的是晚 期近似公式的缘故 ,要消除畸变 ,可采用全期公式予 以校正 。
参考文献 :
[1] 牛之琏 . 时间域电磁法原理 [ M ] . 长沙 : 中南工业大学出版社 , 2000.
an 提出的 “烟圈” 说 ,瞬变电磁场激励下的均匀半空
图1 康家湾 135 线综合剖面
ρ a —S ,τ剖面 ;b — 多测道电位剖面 ;c — 地质 s 拟断面 ;d — 勘探剖面
间的感应涡流场在地表引起的磁场的总效应 , 可以 用一个等效的电流环表示 σ μ 0 8 i = πC2 t , C2 = π - 2 = 0 . 546 479 , 4 σ为均匀半空间的电导率 , 它的半径 r 和深度 h 可 表示为